(57)【要約】【課題】高い把持力と指部の高速開閉とを両立したロボットハンド用の指機構及びこの指機構を備える小型化可能なロボットハンドを提供する。【解決手段】モータ５ａ，５ｂが駆動すると、ピニオンギア７ａ，７ｂは、モータ５ａ，５ｂの出力軸６ａ，６ｂによって矢印Ａの方向に回転し、さらにラック８ａ，８ｂに噛み合いながら水平方向（矢印Ｂの方向）に移動する。また、モータ５ａ，５ｂの駆動に伴い、出力軸６ａ，６ｂに固定された指部４ａ，４ｂはそれぞれ、把持対象物Ｏに近づく方向（矢印Ｃの方向）に向かって回動する。一方、ラック８ａ，８ｂに対するピニオンギア７ａ，７ｂの水平方向の移動により、出力軸６ａ，６ｂとモータ５ａ，５ｂとともにギアボックス３ａ，３ｂは、互いに近づく方向（矢印Ｄの方向）に移動する。これにより、指部４ａ，４ｂも互いに近づく方向に移動する。【選択図】図２
2013240843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に対して移動可能に設けられた可動部材と、
前記可動部材内に設けられたモータと、
前記モータの出力軸に接続されたピニオンギアと、
前記筐体に固定され前記ピニオンギアが噛み合うラックと、
前記出力軸に固定され、前記モータの駆動により回動する指部と、
前記モータの駆動により前記ピニオンギアが前記ラックに噛み合いながら移動することで前記可動部材と共に前記指部が移動するロボットハンド用の指機構。
【請求項２】
前記指部は平行リンク機構を備える、請求項１に記載のロボットハンド用の指機構。
【請求項３】
複数の請求項１または２に記載のロボットハンド用の指機構を複数備え、
前記複数の指機構で把持対象物を把持する際に、前記指部が前記把持対象物に近づく方向へ回動すると、前記可動部材は、前記指部が前記把持対象物に近づく方向に移動するロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットハンド用の指機構及びこの指機構を備えるロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の指部の開閉を制御することで様々な把持対象物を把持するグリッパー型のロボットハンドが、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４０４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような異なる大きさの把持対象物を把持可能なロボットハンドを小型化するためには、指部の開閉を駆動するモータを小型化する必要があるが、モータを小型化するとモータの出力が低下するため、ロボットハンドの把持力が小さくなってしまう。一方、モータの出力軸にラック・ピニオン噛み合い機構や遊星歯車機構などの減速機構を介して指部を接続することで、小型のモータを使用してもロボットハンドの把持力を高めることはできるものの、減速機構により指部の開閉速度が遅くなり、作業効率が低下してしまう。すなわち、小型化されるロボットハンドにおいて把持力の増加と指部の高速開閉とを両立することは困難であった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、高い把持力と指部の高速開閉とを両立したロボットハンド用の指機構及びこの指機構を備える小型化可能なロボットハンドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るロボットハンドの指機構は、筐体と、筐体に対して移動可能に設けられた可動部材と、可動部材内に設けられたモータと、モータの出力軸に接続されたピニオンギアと、筐体に固定されピニオンギアが噛み合うラックと、出力軸に固定され、モータの駆動により回動する指部と、モータの駆動によりピニオンギアがラックに噛み合いながら移動することで可動部材と共に指部が移動する。ピニオンギアがラックに噛み合いながら移動することにより、指部が回動して指部が開閉すると共に可動部材が移動して指部に把持力を与える。
指部は平行リンク機構を備えてもよい。
この発明に係るロボットハンドは、上記のロボットハンド用の指機構を複数備え、複数の指機構で把持対象物を把持する際に、指部が把持対象物に近づく方向へ回動すると、可動部材は、指部が把持対象物に近づく方向に移動する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、ピニオンギアがラックに噛み合いながら移動することにより、指部が回動して指部が開閉すると共に可動部材が移動して指部に把持力を与えるので、高い把持力と指部の高速開閉とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る指機構を備えたロボットハンドの斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る指機構を備えたロボットハンドの指部が開いた状態の断面図である。
【図３】実施の形態１に係る指機構を備えたロボットハンドの指部が閉じた状態の断面図である。
【図４】実施の形態１に係る指機構を備えたロボットハンドにおいて、モータとピニオンギアとの間に減速機構が設けられた変形例のギアボックス内の構成図である。
【図５】実施の形態２に係る指機構を備えたロボットハンドの指部が開いた状態の断面図である。
【図６】実施の形態２に係る指機構を備えたロボットハンドの指部が閉じた状態の断面図である。
【図７】実施の形態３に係る指機構を備えたロボットハンドの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に示されるように、ロボットハンド１は、直方体形状の筐体２を有している。筐体２の内部には、２つの可動部材であるギアボックス３ａ，３ｂが、後述する構成によって移動可能に設けられている。ギアボックス３ａ，３ｂにはそれぞれ、後述する構成によって回動可能に指部４ａ，４ｂが設けられている。
【００１０】
図２に示されるように、ギアボックス３ａ，３ｂの内部にはそれぞれ、超音波モータやＤＣモータのようなモータ５ａ，５ｂが設けられている。モータ５ａ，５ｂそれぞれの出力軸６ａ，６ｂにはそれぞれ、ピニオンギア７ａ，７ｂが接続されると共に指部４ａ，４ｂが固定されている。また、筐体２には、各ギアボックス３ａ，３ｂ内のピニオンギア７ａ，７ｂがそれぞれ噛み合うラック８ａ，８ｂが固定されている。筐体２の内部において、ギアボックス３ａ，３ｂ間に、隙間９が形成されている。
【００１１】
次に、この発明の実施の形態１に係る指機構を備えたロボットハンドの動作について説明する。
図２に示されるように、モータ５ａ，５ｂが駆動すると、ピニオンギア７ａ，７ｂは、モータ５ａ，５ｂの出力軸６ａ，６ｂによって矢印Ａの方向に回転し、さらにラック８ａ，８ｂに噛み合いながら水平方向（矢印Ｂの方向）に移動する。また、モータ５ａ，５ｂの駆動に伴い、出力軸６ａ，６ｂに固定された指部４ａ，４ｂはそれぞれ、把持対象物Ｏに近づく方向（矢印Ｃの方向）に向かって回動する。一方、ラック８ａ，８ｂに対するピニオンギア７ａ，７ｂの水平方向の移動により、出力軸６ａ，６ｂ及びモータ５ａ，５ｂとともにギアボックス３ａ，３ｂは、互いに近づく方向（矢印Ｄの方向）に移動する。これにより、指部４ａ，４ｂも互いに近づく方向、すなわち指部４ａ，４ｂが把持対象物Ｏに近づく方向に移動する。
【００１２】
この結果、図３に示されるように、把持対象物Ｏを指部４ａ，４ｂ間で把持するロボットハンド１の把持動作が行われる。具体的には、指部４ａ，４ｂがそれぞれ閉じる動作（把持対象物Ｏに近づく方向へ回動する動作）を行うと共に、ギアボックス３ａ，３ｂが隙間９を小さくする方向に移動して指部４ａ，４ｂ間の距離が小さくなる。これにより、指部４ａ，４ｂが把持対象物Ｏに近づく方向へ回動することによる回動方向の力と、モータ５ａ，５ｂの駆動に伴いギアボックス３ａ，３ｂ（指部４ａ，４ｂ）が互いに近づく方向に移動することによる水平方向の力とが加えられることとなる。
【００１３】
モータ５ａ，５ｂの回転方向を逆に、すなわちピニオンギア７ａ，７ｂを矢印Ａとは反対方向に回転させることにより、指部４ａ，４ｂは開く動作（把持対象物Ｏから遠ざかる方向へ回動する動作）を行う。また、ピニオンギア７ａ，７ｂの回転に伴う水平方向の移動（矢印Ｂとは反対の方向）により、ギアボックス３ａ，３ｂは、互いに離れる方向（矢印Ｄとは反対の方向）に移動し、指部４ａ，４ｂ間の距離が遠くなる。その結果、図２のように指部４ａ，４ｂが開いた非把持状態に戻る。
【００１４】
すなわち、開閉動作を行う指部４ａ，４ｂには、出力軸６ａ，６ｂを介してモータ５ａ，５ｂの出力が伝わると共に、モータ５ａ，５ｂの出力によりラック８ａ，８ｂに対してピニオンギア７ａ，７ｂが水平方向に移動することに起因する力が伝わる。
【００１５】
上記構成において、例えば、モータ５ａ，５ｂとして小型の超音波モータ（トルク３．０ｋｇｆ・ｃｍ，回転数速度１００ｒｐｍ）を用い、ピニオンギア７ａ，７ｂとして直径１０ｍｍのものを用いると、指部４ａ，４ｂの開閉速度は１００ｒｐｍとなり、指部４ａ，４ｂによる把持力は６０Ｎ程度となる。すなわち、小型の超音波モータを用いた場合であっても、減速比の大きな減速機構を設けることなく、ロボットハンド１の把持力を高めることができる。また、ロボットハンド１には、減速比の大きな減速機構を設けていないので、指部４ａ，４ｂの開閉速度を速くすることがない。
【００１６】
このように、ピニオンギア７ａ，７ｂがラック８ａ，８ｂに噛み合いながら移動することにより、指部４ａ，４ｂが回動して指部４ａ，４ｂが開閉すると共にギアボックス３ａ，３ｂが移動して指部４ａ，４ｂに把持力を与えるので、高い把持力と指部４ａ，４ｂの高速開閉とを両立することができる。
【００１７】
実施の形態１では、筐体２内に、２つのギアボックス３ａ，３ｂを設けていたが、この形態に限定するものではない。筐体２内に１つのギアボックスを設ける（したがって、指部は１本）と共にこの１本の指部に対向するように板のような固定部材等を設けて、この１本の指部とこの固定部材とによって把持対象物を把持する形態であってもよい。この場合、固定部材の形状は板状に限定されず、任意の形状、サイズであってもよい。
【００１８】
実施の形態１では、モータ５ａ，５ｂの出力軸６ａ，６ｂに接続されたピニオンギア７ａ，７ｂに指部４ａ，４ｂがそれぞれ固定されていたが、この形態に限定するものではない。図４に示されるように、減速機構である減速歯車３１，３２を介して、モータ５ａの出力をピニオンギア７ａに伝達する形態であってもよい。この場合には、減速歯車３２とピニオンギア７ａとが回転軸３３を共有し、回転軸３３に指部４ａが固定されている。ここで、回転軸３３は、減速歯車３１，３２を介して出力軸６ａの回転をピニオンギア７ａに伝達するので、モータ５ａの出力軸を構成する。尚、図示しないが、モータ５ｂからピニオンギア７ｂまでの動力伝達途中に減速機構がある場合についても同じ構成である。
【００１９】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る指機構を備えたロボットハンドについて説明する。尚、以下の実施の形態において、図１〜４の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係るロボットハンドは、実施の形態１に対して、指部４ａ，４ｂが平行リンクを有するようにしたものである。
【００２０】
図５に示されるように、ロボットハンド１０の指部４ａは、２本の平行リンク４ａ１，４ａ２と、平行リンク４ａ１，４ａ２のそれぞれの先端部分に回動可能に接続された把持爪１５ａとを有している。ここで、平行リンク４ａ１，４ａ２及び把持爪１５ａは平行リンク機構を構成する。２本の平行リンク４ａ１，４ａ２のうちの一方の平行リンク４ａ１の一端が、モータ５ａの出力軸６ａに固定されている。他方の平行リンク４ａ２の一端には、平行リンク４ａ２の回動中心となる回転軸１７ａが設けられ、回転軸１７ａは、ギアボックス３ａが移動する方向、すなわち水平方向（矢印Ｅの方向）に移動可能になっている。ロボットハンド１０の他方の指部４ｂも、上記と同様の構成の、２本の平行リンク４ｂ１，４ｂ２と把持爪１５ｂとからなる平行リンク機構を有している。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２１】
次に、この発明の実施の形態２に係る指機構を備えたロボットハンドの動作について説明する。
図５に示されるように、モータ５ａが駆動すると、出力軸６ａに固定された平行リンク４ａ１が把持対象物Ｏに近づく方向（矢印Ｃの方向）に回動する。また、平行リンク４ａ１の回動にともない、平行リンク４ａ１に接続された把持爪１５ａも、把持対象物Ｏに近づく方向（矢印Ｃ’の方向）に回動する。さらに、把持爪１５ａの回動にともない、把持爪１５ａに接続された平行リンク４ａ２も、回転軸１７ａを中心にして把持対象物Ｏに近づく方向（矢印Ｃ”の方向）に回動する。回転軸１７ａは、平行リンク４ａ２の回動にともない、指部４ｂの回転軸１７ｂに近づく方向（矢印Ｅの方向）へ水平方向に移動する。指部４ｂの回動についても同様である。この結果、図６に示されるように、指部４ａ，４ｂは、２つの把持爪１５ａ，１５ｂが平行な状態のまま閉じていき、把持対象物Ｏを平行な把持爪１５ａ，１５ｂ間に把持できるようになる。尚、指部４ａ，４ｂによる把持力は、実施の形態１で説明した動作と同じ動作によって与えられる。
【００２２】
実施の形態２においても、ピニオンギア７ａ，７ｂがラック８ａ，８ｂに噛み合いながら移動することにより、指部４ａ，４ｂが回動して指部４ａ，４ｂが開閉すると共にギアボックス３ａ，３ｂが移動して指部４ａ，４ｂに把持力を与えるので、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。また、実施の形態２では、指部４ａ，４ｂが回動する際、指部４ａ，４ｂそれぞれの把持爪１５ａ，１５ｂが平行な状態を維持することにより、把持対象物Ｏと把持爪１５ａ，１５ｂとの接触面積が大きくなるので、安定した把持が可能となる。
【００２３】
実施の形態２にも、実施の形態１の変形例、すなわち、筐体２内に１つのギアボックスを設けると共に指部に対向するように板のような固定部材等を設ける変形例や、減速機構を設ける変形例も適用可能である。
【００２４】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る指機構を備えたロボットハンドについて説明する。
この発明の実施の形態３に係るロボットハンドは、実施の形態１に対して、複数のギアボックスの配置形態を変更したものである。
【００２５】
図７に示されるように、ロボットハンド２０は、１つのギアボックス２３が設けられた筐体２２を３つ有し、各筐体２２は、筐体２２の長手方向に対して並列に配置されている。３つの筐体２２のうち、真ん中に配置された筐体２２内のギアボックス２３から延びる指部２４は、他の筐体２２内のギアボックス２３から延びる２つの指部２４とは反対方向に設けられている。各筐体２２内において、ギアボックス２３と、指部２４とは反対側に設けられている筐体２２の壁部２２ａとの間には、隙間２９が形成され、筐体２２内でギアボックス２３が移動する際に、隙間２９が大きくなったり小さくなったりする。その他の構成、特に、ギアボックス２３内の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２６】
実施の形態１と同じ動作により、各指部２４が回動すると共に各隙間２９が小さくなるように各ギアボックス２３が筐体２２内で移動することで、３つの指部２４によって図示しない把持対象物を把持することができる状態となる。把持対象物を放す時は、この動作とは逆の動作を行えばよい。
【００２７】
実施の形態３においても、ピニオンギア７ａ，７ｂがラック８ａ，８ｂに噛み合いながら移動することにより、各指部２４が回動して各指部２４が開閉すると共にギアボックス２３が移動して指部２４に把持力を与えるので、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。また、実施の形態３では、各指部２４が、非直線的に位置する３つの位置で把持対象物を把持するので、安定した把持が可能となる。
【００２８】
実施の形態３では、指部２４が３つであったが、３つの指部の形態に限定するものではない。２本の指部の形態であっても、４本以上の指部の形態であってもよい。
【００２９】
実施の形態１〜３において、ギアボックス及び指部が複数設けられている場合、全てのギアボックス及び指部が同じように動作する必要はない。例えば、実施の形態１及び２において、ギアボックス３ａが水平方向に移動しないと共に指部４ａが回動しない状態で、ギアボックス３ｂが水平方向に移動すると共に指部４ｂが回動したり、ギアボックス３ａ，３ｂそれぞれの移動距離及び指部４ａ，４ｂそれぞれの回動角度が異なるように動作したりしてもよい。また、例えば、実施の形態３においても、３つのギアボックス２３の移動距離及び３つの指部２４の回動角度が異なるように動作してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１，１０，２０  ロボットハンド、２，２２  筐体、３ａ，３ｂ，２３  ギアボックス（可動部材）、４ａ，４ｂ，２４  指部、４ａ１，４ａ２，４ｂ１，４ｂ２  平行リンク（平行リンク機構）、５ａ，５ｂ  モータ、６ａ，６ｂ  出力軸、７ａ，７ｂ  ピニオンギア、８ａ，８ｂ  ラック、１５ａ，１５ｂ  把持爪（平行リンク機構）、３３  回転軸（出力軸）、Ｏ  把持対象物。
【図１】
2013240843.tif 000003
【図２】
2013240843.tif 000004
【図３】
2013240843.tif 000005
【図４】
2013240843.tif 000006
【図５】
2013240843.tif 000007
【図６】
2013240843.tif 000008
【図７】
2013240843.tif 000009